یک رویکرد جدید که داده های مشاهده را مرور می کند ، بدون تکیه بر فرضیات قبلی ، با استفاده از قاب QCD شبکه ، شواهد جدی از چرخش چسب مثبت ، ∆G ارائه می دهد.
برای چندین دهه ، محققان در تلاشند تا ساختار پیچیده دنیای زیر اتمی را پرده برداری کنند. یک سؤال به ویژه چالش برانگیز منشأ تکانه زاویه ای درونی پروتون است که معمولاً به عنوان چرخش شناخته می شود.
فیزیکدانان هسته ای معمولاً بر این باورند که چرخش پروتون از مواد داخلی آن ناشی می شود: کوارک هایی که توسط گلونها به هم وصل می شوند ، که در قدرت هسته ای قوی هستند. با این حال ، سهم دقیق کوارک ها و گلونها در چرخش کلی پروتون نامشخص است.
اکنون یک تیم بین المللی از فیزیکدانان گام مهمی به جلو برداشته اند. بر اساس مشاهدات تجربی و شبیه سازی های پیشرفته ، با استفاده از کرومودینامیک کوانتومی مشبک (QCD) ، آنها شواهد محکمی جمع آوری کرده اند و نقش گلونها را در تولید پروتون پروتون روشن می کنند.
کتاب جدیدی که شامل نتایج تحقیقات اخیراً در مجله منتشر شده است نامه های معاینه فیزیکی آزمایشگاه جفرسون (جم). همکاری شامل نظریه پردازان ، آزمایش گرایان و دانشمندان رایانه است که ساختار داخلی ذرات زیر اتمی را از طریق QCD بررسی می کنند. QCD نظریه ای است که توصیف می کند که چگونه کوارک ها و گلونها از طریق قدرت قوی تعامل دارند.
نویسندگان ، اعضای گروه تجزیه و تحلیل PDF همکاری JAM ، والی ملنیچوک و نوبو ساتو از تسهیلات شتاب دهنده ملی ایالات متحده ایالات متحده هستند. نیکلاس هانت اسمیت ، آنتونی توماس و مارتین وایت ، از مرکز ساختار زیر اتمی ماده (CSSM) و مرکز موفقیت عالی قوس برای مواد تاریک در گروه فیزیک در دانشگاه آدلاید استرالیا ؛ و کریستوفر کوکوزا از بخش فیزیک ویلیام و مری.
توماس خاطرنشان كرد كه روابط سودمند جفرسون با دانشگاه آدلاید به مدت ده ها سال برمی گردد ، با وجود تفاوت در زمان 14.5 ساعت ، فیزیکدانان با هم همکاری می کنند.
توماس گفت: “سالها پیش ، والی هنگامی که ناتان ایسگر یک دانشمند اصلی بود ، موقعیت مشترکی بین آزمایشگاه آدلاید و جفرسون گرفت.” “من شش سال در آزمایشگاه جفرسون از سال 2004 تا 2009 در آزمایشگاه جفرسون بوده ام. همکاری در فیزیک ادامه دارد.”
آخرین شغل این گروه با یک سؤال گره ای که ابتدا باید برطرف شود برای پیشرفت در درک منشأ چرخش پروتون: نشانه ∆G چیست؟ به عبارت دیگر ، آیا چرخش Glonons منفی است یا مثبت؟
چرخش داخلی پروتون
هنگامی که فیزیکدانان در مورد “چرخش” پروتون – یا هر ذره – بحث می کنند – به تکانه زاویه ای داخلی آن اشاره می کنند. از آنجا که مفهوم فیزیکدانان برای چرخش زیر اتمی ، ایده مکانیکی کوانتومی است ، توضیحات دنیای قابل مشاهده ما تاکنون تاکنون حاصل شده است. او حتی در هنگام استراحت ، این بی تحرکی زاویه ای را حمل می کند. ایدز می تواند منفی یا مثبت باشد – در جهت عقربه های ساعت و خلاف جهت عقربه های ساعت فکر کنید.
Sato توضیح داد: “ایدز یک ویژگی خاص برای دنیای کوانتومی است ،” و پروتون چرخش ½ دارد. این یک نقطه 51 نیست ، نه یک نقطه -501. این نقطه 50001 نیست. هر نقطه 5 است.
Melnitchouk اظهار داشت که مقدار چرخش پروتون از دهه 1920 شناخته شده است. وی افزود که این حس باعث می شود که چرخش پروتون از چرخش کل ترکیبات تشکیل دهنده پروتون ها ناشی شود.
“آنچه ما نمی دانیم این است: کدام قسمت از چرخش پروتون توسط سه کوارک Valence در پروتون حمل می شود؟ کدام قسمت توسط Gluons پوشیده می شود؟” گفت “چه بخشی ممکن است به دلیل چرخش ، تکانه زاویه ای مداری ، محله ها و گلوله های موجود در پروتون باشد؟”
ضرب و شتم نشانه ∆G برای درک چگونگی دریافت پروتون چرخش و سالهای کار مشاهده بسیار حیاتی است و این تئوری جواب مشخصی دریافت نکرده است.
هانت اسمیت گفت: اکثر فیزیکدانان معتقدند که ∆G مثبت به نظر می رسد ، اما “این راه حل های منفی ∆G همیشه برگزار شده است.” “هیچ دلیلی وجود ندارد که ما فقط از نظر فیزیک صرفاً نمی توانیم منفی داشته باشیم.”
تجزیه و تحلیل جدید با داده های اول جهان
همکاران جم اکتشافات خود را از کارهای تحلیلی قبلی و همچنین از داده های قدیمی تر و بیشتر مشاهده از تعدادی از آزمایشات ، از جمله برنامه های موجود در آزمایشگاه جفرسون (CEBAF) پرتو الکترونیکی (CEBAF) E -BEAM (RHIC) ایجاد کرده اند. هر دو شتاب دهنده ذرات کارمندان دفتر علوم کاربران علوم هستند که توسط فیزیکدانان هسته ای در سراسر جهان برای انجام تحقیقات خود استفاده می شود.
ملنیچوک گفت: “تجزیه و تحلیل ما با گروه های دیگر متفاوت بود ، زیرا ما واقعاً سعی کردیم تا حد ممکن فرضیات نظری را در مورد نحوه رفتار اوضاع از بین ببریم.”
یکی از این فرضیه ها این بود که توزیع غیرقانونی قطعات باید تفسیر شود. ملنیچوک اذعان کرد که این فرض در مورد عفو (اصطلاح جمعی برای گلونها ، کوارک ها و ذرات دیگر در داخل پروتون) “فنی” بوده است.
وی افزود: “اما این چیزی است که در تحلیل های قبلی از گروه های دیگر در سراسر جهان پذیرفته شده است.” “و اکنون ما معتقدیم که این واقعاً چیزی نیست که اساسی باشد.”
Melnitchouk گفت که در ابتدا مشاهده داده های RIC ایجاد اجماع جهانی است که در جهت یک gg مثبت منتهی می شود.
وی خاطرنشان كرد: “اما تجزیه و تحلیل حتی واضح تر ، همه چیز را كمتر روشن كرد.”
وی گفت: جمیان جم چندین سال پیش سندی را منتشر کرده اند که نشان می دهد ∆G منفی هنوز یک فرصت مناسب است. این سند بحث برانگیز بود ، زیرا در آن زمان ، عقل عمومی جامعه جهانی فیزیک هسته ای را میخکوب می کرد ، که به شدت در جهت چرخش مثبت Glong خم می شد.
در این میان ، همکاری هادستروک با همان سؤال متفاوت سروکار داشت. آنها از ابر رایانه ها و فرمولاسیون QCD شبکه برای محاسبه نظریه اساسی QCD استفاده کردند که تعامل بین چهارم و گلونها در پروتون را توصیف می کند.
هانت اسمیت توضیح داد: “به طور کلی ، شما در حال مجاز بودن فضا-زمان هستید.” “شما فضای زمان یک سری برش ها را کاهش داده و به شما امکان می دهد بسیاری از خصوصیات بدنی را محاسبه کنید.”
تجزیه و تحلیل بعدی از جم مشترک و همکاری HADSTRUC ، به رهبری جو کارپی ، همکار ناتان ایسگر در مرکز نظریه ، نتایج جدید QCD را با داده های تجربی ترکیب می کند ، و خاطرنشان می کند که اگرچه اتاق را باریک می کند ، اما هنوز ΔG منفی را تشخیص می دهد.
هانت اسمیت گفت: “ترجیح کمی برای راه حل مثبت وجود داشت ، اما هنوز از نظر آماری معنی دار نبود.” “اینجا تحقیقات جدید ما ارائه می شود.”
ذرات جدی داده های تجزیه و تحلیل جدید را اضافه می کنند
وی در ادامه توضیح داد كه چگونه همكاران داده ها را از آزمایش با پراکندگی عمیق غیرقانونی ، از جمله آنهایی كه از CEBAF در آزمایشگاه جفرسون استفاده می كنند ، درگیر كردند.
وی گفت: “یک الکترون بگیرید و آن را روی پروتون شلیک کنید و ایده این است که شما قادر به حفاری از آنچه در داخل پروتون است – محله ها و گلهای مختلف که در داخل آن هستند – و می توانید بیشتر از ساختار پروتون را از این طریق درک کنید.”
هانت اسمیت گفت گروه جم به ویژه روی داده های High-X با آزمایش های پراکندگی عمیقاً غیر مشخص ، به ویژه بخش های قابل توجه نتایج متمرکز است. این داده ها به ذراتی اشاره می کنند که در نتیجه برخورد الکترونی با مواد تشکیل دهنده پروتون با یک ضربه مخصوصاً بالا – یا انرژی بسیار بالا – یافت می شوند. وی خاطرنشان کرد: گنجاندن داده های High-X نیاز به برخی ملاحظات نظری اضافی دارد.
وی گفت: “بنابراین ، ما این نظریه را اضافه کردیم.” “ما پارامترهای بیشتری را به تجزیه و تحلیل اضافه کردیم تا این داده های اضافی را با X بالا به حساب بیاوریم ، و سپس تجزیه و تحلیل را غالب می کنیم.
هانت اسمیت همچنان افزود که تجزیه و تحلیل JAM نشان می دهد که ∆G نه تنها با داده های نه تنها-نه-نه به دست آوردن ، بلکه با نتایج آزمایشات با جت های قطبی از مجموعه های مختلف از مطالعات برخورد پروتون و همچنین آخرین داده های QCD در مورد HADSTRUC محدود است.
نتایج کاملاً نهایی نیست ، اما تجزیه و تحلیل باعث می شود Gluon منفی به مراتب کمتر از همیشه باشد.
توماس گفت: “من فکر نمی کنم که شخص دیگری این اطلاعات را در مورد آزمایشگاه جفرسون در هر تحلیلی گنجانده باشد. فکر می کنم این یک ویژگی بسیار مهم این تحلیل است.” “این مجموعه ای از داده های بسیار جامع از مناطق است که هیچ کس دیگری نتوانسته است به آن برسد و برای اولین بار در یک تحلیل جامع جهانی گنجانده شده است.”
ساتو گفت که در حالی که کاغذ مربا احتمال منفی را کمتر می کند ، اما به طور کامل درب را برای این امکان نمی بندد. وی افزود: داده های مشاهده اضافی از ابزارهایی مانند برنامه تحقیقاتی JEV 12 GEV 12 آزمایشگاه جفرسون یا برخورد الکترونیکی آینده احتمالاً قادر به جایگزینی سایر فرضیات نظری خواهد بود. آزمایشگاه جفرسون شریک آزمایشگاه ملی در بروخون در طراحی و ایجاد برخورد الکترونیکی در بروکهاون است.
وی گفت: “سپس درب ممکن است 100 ٪ بسته باشد.” “اما اکنون ما عمدتاً این رسوب را می بندیم.”
اطلاعات: “داده های محدود جدید در مورد علامت قطبی سازی گلوئون در پروتون” توسط NT Hunt-Smith ، C. Cocuzza ، W. Melnitchouk ، N. Sato ، AW Thomas and MJ White ، 16 اکتبر 2024 ، نامه های معاینه فیزیکیحرف
doi: 10.1103/physrevlet.133.161901
